《Agriculture, Ecosystems & Environment》:Environmental context modulates the positive effects of sustainable farming on soil mesofauna abundance and diversity at a national scale.
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雨养作物构成了地球上分布最广的农业生态系统,在全球粮食生产中发挥着关键作用,尤其在旱地和发展中国家。土壤中型动物区系(soil mesofauna)通过参与有机质加工与再循环,对农业系统的可持续性与健康贡献显著。然而,农业管理措施在塑造这些生物多样性与丰度方面
雨养作物构成了地球上分布最广的农业生态系统,在全球粮食生产中发挥着关键作用,尤其在旱地和发展中国家。土壤中型动物区系(soil mesofauna)通过参与有机质加工与再循环,对农业系统的可持续性与健康贡献显著。然而,农业管理措施在塑造这些生物多样性与丰度方面的作用仍知之甚少。研究人员在西班牙291个农场中调查了三种对比管理模式(常规、有机和免耕(no-till))对土壤中型动物区系丰度与多样性的影响。相比常规管理,有机与免耕农业提高了土壤中型动物区系的总丰度、分类学丰富度(taxonomic richness)和香农指数(Shannon index)。在营养类群中,分解者(decomposers)和捕食者(predators)的丰度均因这些实践而上升。在具体类群中,蜱螨目(Acari)以及前气门亚目(Prostigmata)和甲螨亚目(Oribatida)在有机和免耕下均表现出更高丰度,双翅目幼虫(Diptera larvae)和啮虫目(Psocoptera)也对上述实践呈正向响应。可持续管理对中型动物区系丰度、分类学丰富度和香农指数的正向效应在土壤有机质(soil organic matter, SOM)较高和年降水量较大的站点更强。研究结果表明可持续管理有助于支撑农业生态系统土壤动物区系,凸显了摆脱集约化农业实践的必要性,尤其在气候变化可能加剧环境退化的背景下,并强调实施契合长期可持续性目标、因地制宜的政策以支持可持续农业实践。
研究背景方面,雨养农业覆盖约80%耕地并贡献全球约60%粮食,但常规农业依赖频繁深耕、合成肥料与农药,导致土壤侵蚀、有机质流失及土壤生物(含中型动物区系)丰度与多样性下降。土壤中型动物区系(体径≤2 mm,如蜱螨目与弹尾目(Collembola))通过碎裂有机质、调控微生物群落、促进团聚体形成驱动养分循环,是土壤保育状态的有效指示生物。尽管已有研究提示有机与免耕可恢复中型动物区系,但环境背景(气候、土壤质地、有机质等)如何调制这些正向效应尚不清楚,尤其缺乏国家尺度证据。为此,研究人员在西班牙沿气候梯度布置291个雨养谷物田块(常规88、免耕97、有机106),于2023年5—6月采样,评估管理模式与土 clim 变量(纬度、海拔、质地、pH、有机质、年均温、年降水量、干旱指数)对中型动物区系的影响。
关键技术方法上,研究人员基于SIGPAC系统初选并实地核实田块,要求同一管理模式≥7年且种植谷物;每田取5个0–20 cm土芯混为复合样,取300 g经Berlese-Tullgren漏斗(1 mm2网孔)提取7 d,体视镜下鉴定至目/亚目级,丰度以ind/100 g干土计;多样性采用丰富度与香农指数(Shannon index, H′);土 clim 指标由实验室测定(pH、有机质重铬酸钾氧化法、吸管法质地)与WorldClim 2及UNEP干旱指数获取;统计上高斯线性模型(lm)处理正态响应,Tweedie广义线性模型(glmmTMB)处理零膨胀计数,管理×环境交互项检验调制效应,PERMANOVA与NMDS分析群落组成。
研究结果部分,3.1节“再生农业提升土壤中型动物区系生物多样性”表明,有机与免耕较常规显著提高总丰度、香农指数、分类丰富度及蜱螨目、甲螨亚目、前气门亚目丰度,双翅目幼虫在免耕下最高,啮虫目边际显著;PERMANOVA显示群落组成差异显著(Pseudo-F=3.91, P<0.001),NMDS中有机与免耕群落重叠度高、均远离常规。3.2节“环境背景调制中型动物区系对可持续农业的响应”指出,丰度与多样性与纬度、海拔、黏粒、粉粒、有机质、降水、干旱指数正相关,与砂粒、年均温负相关;管理×降水、管理×黏粒、管理×pH等交互显著——可持续管理的正向效应在降水多、黏粒高、有机质高的南方湿润点更强,常规管理下降水甚至负向影响多样性;弹尾目受环境驱动大于管理驱动,缨翅目(Thysanoptera,唯一害虫类)呈相反调制模式。
讨论部分总结,研究人员认为常规耕作物理破坏微生境叠加农药直接毒杀共同抑制中型动物区系,而有机(禁合成投入)与免耕(减物理扰动)通过保水、保有机质、缓冲微气候促进真菌分解途径,使分解者与捕食者同步恢复,降低捕食/分解比但未必简化食物网。环境调制说明“可持续实践收益”并非普适:在西班牙干旱半干旱区,低降水低有机质会削弱甚至掩盖管理红利,因此政策须因地制宜。结论部分译为:本研究显示可持续农业实践提升了土壤动物区系丰度与多样性,可能改善农业生态系统功能与服务(含害虫控制);上述差异受气候与土壤理化特征强烈调制,尤其是与管理类型共同创造中型动物区系最优栖息条件的因子。因此,向更可持续管理转型能显著改善农业生态系统土壤生物多样性与保护,助力长期可持续生产目标,这强化了在现行与未来农业政策中采取考虑不同土 clim 条件的适应性策略、以更好促进土壤再生与生物多样性保护的重要性。论文发表于《Agriculture, Ecosystems》。